同步觀測是指使用N台（N≥2）GPS接收機，同時在相同的時間段內連續跟蹤接收相同的衛星組的信號。
基本介紹
- 中文名：同步觀測
- 外文名：Synchronous observation
- 屬於：GPS
- 類型：GPS接收機
- 屬性：信號
- 學科：測繪工程
概念,數據處理模型,同步測量實驗,總結,
概念
重力梯度是重力位的二階導數，反映了地球重力場在全空間的變化率和水準面的曲率，具有比重力本身更高的解析度，能夠更好地反映場源體的細節和探測地下物質的分布及界面起伏等。重力垂直梯度是重力梯度張量中最重要的分量，主要套用於反演近地表異常物體、推求地球內部重力、提高地質特徵的定量模擬質量、絕對重力測量的高度改正、檢核和解釋井中重力數據以及確定地麵點的海拔高等。
重力梯度測量即測量重力沿某方向的空間變化率，常規陸地重力梯度測量方法通常在梯度方向的不同位置上使用不少於兩台高精度重力儀按照相對重力測量方法測量兩點的重力差。忽略重力梯度的非線性影響，利用觀測的重力差除以兩點間的距離即可得到該距離的平均重力梯度。常規方法的觀測效率較低，數據處理較為繁瑣。
數據處理模型
重力梯度觀測時兩點間的距離通常是固定的，其核心是測定兩點間的重力差，因此，下面僅討論重力差的數據處理模型。
實際處理時可以用平均差值代替重力梯度測量兩個位置的氣壓改正的差值，只需在最後的結果中加以改正。考慮到同步觀測時各台重力儀的固體潮改正相同，外界噪聲可以認為大致相同，儀器高改正（同一位置觀測時儀器面板高度）也可以忽略。
從上述原理可以看出，重力梯度同步觀測數據處理無需計算固體潮改正和零漂改正，直接求解重力梯度觀測的重力差。
同步測量實驗
為了驗證和評價重力梯度同步觀測方法的正確性和有效性，設計了同步測量實驗。實驗內容包括重力儀延遲參數測定、重力儀電子輸出數據到重力值（mGal）轉換模型參數的測定、同步觀測電子輸出的相關特性和垂直重力梯度同步觀測。
實驗採用L&R G型重力儀G－960和G－1063，兩台重力儀均配置了CPI，具有電子輸出功能，電子輸出記錄採用16位、8通道的A/D採集卡。
1 重力儀延遲參數測定
重力儀延遲參數測定用於確定從重力儀松擺到重力儀輸出穩定的過渡時間，其採樣間隔為0．1s。
2 轉換模型參數測定
確定重力儀電子輸出數據轉換為重力值（mGal）的模型參數。在約400μGal範圍內，對稱分布於零位兩側的等間隔的5點上記錄重力儀讀數輪讀數、時間和電子輸出的連續採樣，採樣間隔為0.001s，連續記錄時長不少於3min。
3 相關特性測試
為了了解兩台重力儀同步觀測時其電子輸出數據的相關性，測試3種重力儀安置狀態下的相關性，即並行安置、上下安置及下上安置。每種重力儀安置狀態分別進行，採樣間隔為0.001s，記錄時長不少於20min。
4 垂直重力梯度測定
為了獲得垂直重力梯度觀測數據，兩台重力儀的觀測位置可以分為東西並置、上下安置和下上安置，以LL、LH 和HL表示，每一個觀測位置採集的數據的集合稱為一組電子輸出數據，採樣間隔均為0.001s，記錄時長不少於5min。
5 相關特性
基於內插法轉換模型得到的同步觀測重力數據的相關係數，並置時的相關性最強，上下或下上安置時的相關性弱於並置時的相關性。
為了分析觀測數據中高頻部分（環境噪聲）的相關特性，將電子輸出數據減去二次曲線擬合的內插值得到高頻數據的時間序列，即濾除潮汐和零漂部分，然後計算高頻同步觀測數據的相關係數。高頻部分的相關性弱於全通量的相關性，梯度測量架對環境噪聲的傳遞產生影響。
6 垂直重力梯度
同步觀測實驗中重力儀G960不小心被輕輕地碰了一下，使得觀測數據發生了山丘形變化。為了考察該方法抗禦磕碰的能力，按全部數據、磕碰前數據和磕碰後數據3種情況分別進行求解。
只選取每一組電子輸出數據中最後1min的數據進行處理。為了檢驗結果，利用相同的數據生成平均時間和mGal觀測值，按照常規相對重力數據處理方法進行處理，處理的結果作為比較基準。用於同步梯度計算的數據用兩種方法產生：取最靠近整秒的電子輸出數據作為同步數據，每一組共60個；二次曲線擬合的整秒內插數據作為擬合數據，每一組共60個。常規、同步和擬合3種分組的數據均取自未經數據剔除的同一段數據，dg 為重力差，RMS為中誤差。利用磕碰前數據的求解結果優於其他兩種情況，並且同步和擬合的結果與常規的結果基本一致。
為了比較觀測效率，採用磕碰前數據的二次擬合內插數據求解重力差，其中dg 為平均重力差，RMS為中誤差。結果表明，組數多於5（相當於常規梯度測量的兩組獨立結果）時，重力差結果就可以滿足要求。
總結
同步觀測實驗全部在室內完成，因室內觀測環境噪聲較小，該方法的優越性體現得還不是非常明顯，重力梯度的同步觀測方法在環境干擾大的野外環境應該更能體現其優勢，有必要進行全面的野外觀測實驗。配備能夠便捷變換重力儀觀測位置的重力梯度觀測架，可以避免觀測中重力儀的磕碰，縮短重力梯度的觀測時間，提高效率。此外，重力儀零漂特性的穩定是保證該方法成功套用的關鍵因素，因此，有必要對參加重力梯度同步觀測的重力儀進行篩選。使用配備有靜電反饋裝置的重力儀進行重力梯度的同步觀測，更為方便和快捷。
